1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電信1205班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：簡易兩路時分復(fù)用電路設(shè)計初始條件：具備通信課程的理論知識；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計能力；掌握通信電路的設(shè)計知識，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實驗室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、完成一個簡易的兩路時分復(fù)用通信電路的設(shè)計，實現(xiàn)兩路不同模擬信號的分時傳輸功能。2、在信號接收端能夠完整還原出兩路原始模擬信號。3、選用相應(yīng)的編碼傳輸方式與同步方式，進行濾波器設(shè)計。4、安裝和調(diào)試整個電路，并測試出結(jié)果；5、進行

2、系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計書。時間安排： 二十二周一周，其中3天硬件設(shè)計，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄1設(shè)計要求與意義1 1.1 設(shè)計要求1 1.2 意義與目標12 設(shè)計原理2 2.1 時分復(fù)用技術(shù)2 2.2 基本設(shè)計思路33 電路仿真93.1仿真軟件Multisim93.2電路仿真93.3 仿真結(jié)果104 實物制作與結(jié)果134.1 實物制作134.2 調(diào)試結(jié)果144.3 結(jié)果分析155 總結(jié)與分析16參考文獻17摘要 此次課程設(shè)計要求設(shè)計簡易的時分復(fù)用電路。時分復(fù)用（TDM）是信道復(fù)用技術(shù)之一，復(fù)用是指多個用戶共用同一物理信道

3、，從而提高信息傳輸效率的技術(shù)。時分復(fù)用電路時常是多個電路的復(fù)用，本次設(shè)計我們僅設(shè)計兩路的時分復(fù)用電路，實現(xiàn)將兩路不用的模擬信號的分時傳輸功能。時分多路復(fù)用以時間作為信號分割的參量，故必須使各路限號在時間軸上互不重疊。通過本次課設(shè)，運用通信課程的知識，實現(xiàn)兩路時分復(fù)用電路的設(shè)計，掌握時分復(fù)用技術(shù)的功能以及原理。關(guān)鍵詞：PAM調(diào)制 時分復(fù)用 MC1496 濾波電路 抽樣 AbstractThe curriculum design simple time-division multiplexing circuit design requirements. Time-division multiple

4、xing (TDM) is one of channel multiplexing, reuse refers to multiple users share the same physical channel, so as to improve the efficiency of information transmission technology. Time-division multiplexing are often multiple circuit of reuse, the design we have only two time multiplex circuit, to re

5、alize the two way without time-sharing transmission function of the analog signal. Time division multiple integral parameters with time as the signal, so the number must be got the limit on the time axis overlap each other. Through this class set, using the knowledge of communication course, two lin

6、es of time-division multiplexing design of the circuit, control function and the principle of time-division multiplexing technology.Keywords: PAM modulation time-division multiplexing MC1496 filter circuit sampling1設(shè)計要求與意義1.1 設(shè)計要求設(shè)計任務(wù)：設(shè)計簡易的兩路時分復(fù)用電路實現(xiàn)對兩路不同的模擬信號的傳輸初始條件：具備通信課程的理論知識；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計能力；掌

7、握通信電路的設(shè)計知識，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實驗室儀器調(diào)試。1.2 意義與目標 設(shè)計意義：使用Multisim仿真軟件對兩路時分復(fù)用電路進行仿真，熟練使用Multisim仿真軟件，并通過本次課程設(shè)計檢驗通信課程的學(xué)習(xí)程度，掌握關(guān)于通信原理的知識和時分復(fù)用技術(shù)的基本原理和應(yīng)用。時分復(fù)用技術(shù)在實際通信系統(tǒng)中有很多的應(yīng)用，如傳送電話通信中的占線、摘機與掛機限號以及振鈴信號燈信令，上述的所有信號都是時間分割，按某種固定的方式排列起來成為幀結(jié)構(gòu)。采用十分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國際上已逐步建立起標準。由此可看出時分復(fù)用電路技術(shù)的應(yīng)用十分重要，身為電信工程專業(yè)的學(xué)生應(yīng)掌握這類

8、的專業(yè)知識，打好專業(yè)基礎(chǔ)。同時本次課程設(shè)計還能鍛煉我們的動手能力，和知識的運用能力等。2 設(shè)計原理2.1 時分復(fù)用技術(shù) 22.1 時分復(fù)用基本原理時分復(fù)用（TMD）是信道復(fù)用技術(shù)之一，復(fù)用是指多個用戶共用同一物理信道，從而提高信息傳輸效率的技術(shù)。時分復(fù)用TDM是采用同一物理連接的不同時段來傳輸不同的信號，也能達到多路傳輸?shù)哪康摹r分多路復(fù)用以時間作為信號分割的參量，故必須使各路信號在時間軸上互不重疊。時分多路復(fù)用適用于數(shù)字信號的傳輸。由于信道的位傳輸率超過每一路信號的數(shù)據(jù)傳輸率，因此可將信道按時間分成若干片段輪換地給多個信號使用。每一時間片由復(fù)用的一個信號單獨占用,在規(guī)定的時間內(nèi),多個數(shù)字信號

9、都可按要求傳輸?shù)竭_,從而也實現(xiàn)了一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。通過學(xué)習(xí)可知，時分復(fù)用是建立在抽樣定理的基礎(chǔ)上，時分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的，因為抽樣定理使連續(xù)的基帶信號有可能被在時間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這樣，當抽樣脈沖占據(jù)較短時間時，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時傳送若干個基帶信號,并且每一個抽樣值占用的時間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。此外，時分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個突出的優(yōu)點，一是多路信號的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡單、可靠；二是時分復(fù)用通信系統(tǒng)對非線性失真的要求比較低。然而，時分復(fù)用系統(tǒng)對信道中時鐘相位抖動及接

10、收端與發(fā)送端的時鐘同步問題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識別各路序號。為此，必須在每幀內(nèi)加上標志信號（即幀同步信號），它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。22.2 時分復(fù)用的同步技術(shù)原理 通信系統(tǒng)能否具有有效、可靠地工作很大程度上依靠的是是否擁有良好的同步系統(tǒng)。同步中又可氛圍載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步幾大類型。然而在時分復(fù)用系統(tǒng)中所需的同步技術(shù)有時鐘同步和幀同步。時分復(fù)用最后的接收端部分就是通過幀同步和位同步信號將各路信號數(shù)據(jù)分開，然后通過濾波器等電路，將時分復(fù)用的不同的模擬信號（調(diào)制信號）分離出來。2.2 基本設(shè)計思路通過時分復(fù)用的原理我們設(shè)計的基本

11、電路框圖如下，下面將給予電路設(shè)計框圖闡述我們的設(shè)計思路和方法。電路框圖如下。濾波器解調(diào)電路調(diào)制電路 抽樣脈沖圖1 電路原理框圖1 PAM編碼（調(diào)制電路）由時分復(fù)用技術(shù)的原理可知，時分多路復(fù)用是建立在抽樣定理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，該技術(shù)利用的是當連續(xù)模擬信號經(jīng)過抽樣信號抽樣后變成在時域上離線的模擬信號，由于抽樣脈沖占據(jù)較短的時間，抽樣脈沖之間就留出了一定的時間空隙，利用這些時間空隙課傳輸其他模擬信號，因此在設(shè)計兩路時分復(fù)用的電路時，我們必須將兩路不同的模擬信號進行抽樣，因此我們要對模擬信號進行PAM編碼時期在時域上離散。因此我們需要設(shè)計一個PAM調(diào)制電路，同時時分復(fù)用技術(shù)是以時間作為分割信號的參量，因

12、此我們必須使信號在時間軸上不重合，因此兩路中我們需要采用一個反相器將一路抽樣信號反相后再對其中一路模擬信號進行抽樣，以達到時間上不重疊的目的。PAM編碼過程是指，利用一個抽樣脈沖將一個在時間上連續(xù)的時域模擬信號變?yōu)闀r間上離線的樣值序列。上述這一過程稱為抽樣，抽樣后的信號稱為脈沖振幅調(diào)制信號（PAM）。下圖為PAM信號產(chǎn)生的過程。圖2 f=1kHZ的模擬信號根據(jù)奈圭斯特抽樣定理可知，要保證抽樣后的頻率不產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，則抽樣脈沖的頻率要大于調(diào)制信號頻率的兩倍，抽樣脈沖fo>=2*f,因此抽樣脈沖如下：圖 3 抽樣脈沖信號兩路信號經(jīng)乘法器相乘后，輸出的是PAM信號： 圖4 PAM信號對于PAM

13、調(diào)制電路可通過乘法器電路實現(xiàn)抽樣，通過已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識可知，乘法器的調(diào)制電路可以使用MC1496芯片進行設(shè)計。MC146的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如下所示：圖5 MC內(nèi)部邏輯圖下圖是PAM調(diào)制電路原理圖：圖6 PAM調(diào)制電路 乘法器2 加法器電路 兩路不同的模擬信號經(jīng)過PAM編碼調(diào)制電路后，輸出兩路相位不同的時域上離散的已抽樣信號（PAM），為了實現(xiàn)時分復(fù)用的功能，需要將其接在一個加法器中，將兩路復(fù)接在一個物理信道中傳輸從而實現(xiàn)時分復(fù)用的功能。仿真中加法器的仿真如下:圖7而在實際電路中，采用LM358芯片制作加法器電路，電路如圖4所示： 圖8 加法器電路3. 相干解調(diào)電路通過加法器后，兩路信號經(jīng)過加法器復(fù)合

14、為一個信號在信道中傳輸，而時分復(fù)用的技術(shù)要求我們最終在接收端時能夠接收到的是與發(fā)送端相吻合的兩路不同的連續(xù)的模擬信號。因此這就要求我們在接收端將復(fù)合的信號解調(diào)出來。這就需要設(shè)計一個解調(diào)電路。由于通過加法器輸出的是兩路復(fù)接的信號，由調(diào)制與解調(diào)的相關(guān)知識可知，該信號是PAM信號，我們不能采用包絡(luò)檢測法將信號解調(diào)出來，應(yīng)該通過相干解調(diào)電路，給信號加以本地載波將信號完整的分離出來，然后通過低通濾波器（有源低通濾波器）電路將信號的噪聲過濾后輸出與發(fā)送端一致的的模擬信號。 復(fù)接信號經(jīng)過兩路乘法器后（加入相應(yīng)載波與信號相乘），輸出的是仍舊是離散的PAM信號，為了得到連續(xù)的正弦波，應(yīng)該通過積分電路將進行積分運

15、算，將離線的信號連續(xù)化。因此我們設(shè)計的低通濾波器應(yīng)該包含有積分電路，同時具有濾除雜波的功能，在此我們設(shè)計的是有源二階低通濾波器。信號通過濾波器后，PAM信號完整解調(diào)，輸出與發(fā)送端一致的模擬信號。兩路模擬信號通過時分復(fù)用電路正確傳送到接收端。相干解調(diào)電路如下，其中包括乘法器電路低通濾波器電路。圖9 乘法器的仿真有源二階低通濾波器的電路原理圖如下圖所示：圖6 低通濾波器電路圖10 有源二階低通濾波器二階有源低通濾波器的截止頻率f=1/2RC ，電壓增益A0 = 1+（R2/R1）乘法器電路的實現(xiàn)可以基于MC1496芯片進行設(shè)計，即設(shè)計PAM的相干解調(diào)電路，該電路部分與PAM的調(diào)制電路一致在此不作贅

16、述。4電子開關(guān)CD4066在實際電路中，由于MC1496的平衡較難實現(xiàn)，對于乘法電路我們使用電子開關(guān)CD4066代替。CD4066的引腳功能如圖7 所示。每個封裝內(nèi)部有4 個獨立的模擬開關(guān),每個模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個端子,其中輸入端和輸出端可互換。當控制端加高電平時,開關(guān)導(dǎo)通;當控制端加低電平時開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時,導(dǎo)通電阻為幾十歐姆;模擬開關(guān)截止時,呈現(xiàn)很高的阻抗,可以看成為開路。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號和模擬信號,可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為40MHz。各開關(guān)間的串擾很小,典型值為-50dB。圖11 CD4066的內(nèi)部邏輯與封裝 3 電路仿真3.1仿真軟件MultisimMult

17、isim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。3.2電路仿真通過綜合仿真的電路圖

18、如下所示： 圖12 初始電路仿真最后進行實物連接的仿真圖如下（采用CD4066代替乘法器電路）：圖13 實際電路仿真圖對于低通濾波器部分的電路，其電路圖如下所示：圖14 低通濾波3.3 仿真結(jié)果電路輸入的兩路不同的模擬初始信號如下：圖15 兩路模擬信號兩路模擬信號經(jīng)過乘法器（PAM編碼電路）輸出如下：（PAM信號）圖16 PAM信號兩路調(diào)制信號進入加法器電路實現(xiàn)復(fù)接，加法器輸出波形如下：圖17 復(fù)接信號最后復(fù)接信號通過相干解調(diào)，濾波電路，輸出兩路與發(fā)送端完全相同頻率的模擬信號：圖18 輸出信號綜上所述，經(jīng)過實際仿真可知，經(jīng)過仿真電路，實現(xiàn)了兩路不同信號的時分復(fù)用功能，電路仿真成功。4 實物制作

19、與結(jié)果4.1 實物制作按照仿真電路圖設(shè)計電路連接圖，并按照電路連接。實物制作如下：圖19 實物正面圖20 實物焊接面4.2 調(diào)試結(jié)果經(jīng)過實物的調(diào)試和測量，在輸入端輸入的抽樣脈沖都為8KHZ，兩路模擬信號其中一路為1KHZ一路為500HZ。經(jīng)過示波器測量得到的結(jié)果如下所示。(調(diào)試中，我們只輸入一路模擬信號，另一路為0)加法器電路的輸出：圖21 復(fù)接信號進入加法器后，進入相干解調(diào)的乘法器部分，輸出如圖： 圖22 乘法器輸出最后經(jīng)過低通濾波電路，將離散的時間信號進行積分得到時域上連續(xù)的時間信號，并將高頻分量過濾，輸出與輸入端一致的正弦波。圖23 接收端信號4.3 結(jié)果分析通過調(diào)試得到的實驗波形可知，

20、連續(xù)的模擬信號經(jīng)過抽樣脈沖的抽樣，又連續(xù)的正弦波信號變?yōu)樵跁r間上離散的信號。兩路離散信號（時間上有延遲）經(jīng)過加法器實現(xiàn)了時分復(fù)用的功能，成功在一物理信道上傳輸，最后經(jīng)過相干解調(diào)后分離出兩路不同的模擬信號，最終傳送給接收端。本次課程設(shè)計實現(xiàn)了簡易的兩路時分復(fù)用的功能。5 總結(jié)與分析 通過本次通信原理課程設(shè)計，我們設(shè)計了簡易的兩路時分復(fù)用的電路，最后經(jīng)過仿真，實物制作，調(diào)試與測量驗證了我們設(shè)計方案的正確性。 在開始設(shè)計電路時，我認真的學(xué)習(xí)了時分復(fù)用的相關(guān)知識，也同時對通信課程第五章進行了認真的復(fù)習(xí)和深入的研究。雖然我們這次設(shè)計的是時分復(fù)用電路，但是涉及的內(nèi)容有模電、高頻等相關(guān)知識。因此我們找到了專業(yè)課程的一下學(xué)習(xí)資料